大跨度預應力連續梁綜合施工技術

中建二局第二建筑工程有限公司 鄭州 450000

1 工程概況

鄭州市隴海路高架快速通道跨南水北調特大橋工程位于鄭州市隴海路跨南水北調總干渠處，跨越南水北調中線工程總干渠，與總干渠斜交角度為19.5°，采用斜交正做，跨徑布置為：

地面南輔道橋：（32+32）m西側引橋+（94+160+94）m主橋（圖1）=412 m；

地面北輔道橋：（22+22）m西側引橋+（90+150+90）m主橋+（22+22）m東側引橋=418 m；

主線主橋：90+150+90=330 m。

圖1 地面南輔道橋橋梁總體布置

本工程共計樁基180 根，最大樁長85 m；0#塊中心截面高度11 m；箱梁最大懸挑長度79 m；整體施工難度大。主梁截面如圖2所示。

2 連續梁0#塊施工

2.1 0#塊支架施工

本工程共計8 個0#塊，信息如表1。根據8 個0#的特點不同，通過技術方案比選，確定墩柱高度在10 m以下的采用碗扣式滿堂支架，墩柱高度在10 m以上的采用鋼管混凝土支撐架。

圖2 主梁截面

表1 箱梁0#塊參數表

2.1.1 碗扣式支架

地基處理：處理方法為（由下向上）：回填土夯實（壓實率為0.94）、厚50 cm三合土、厚20 cm C20混凝土面層，混凝土面層標高同承臺頂面標高，地基處理范圍為承臺外延100 cm。

架體搭設：碗扣架立桿在橫橋向間距中，腹板位置間距30 cm，底板位置間距60 cm，翼緣板位置間距120 cm。立桿在順橋向的布置間距為60 cm（梁體投影區域）、120 cm（兩側和前后工作平臺區域）。立桿步距在腹板處為60 cm，其余部位的步距均為120 cm。支撐架四周從底到頂連續設置豎向剪刀撐，中間縱橫向由底到頂連續設置豎向剪刀撐，其間距應為4.2 m；支架的頂部、中部和底部設置3 道水平剪刀撐。

龍骨、模板、木方：采用14#輕型工字鋼作為主龍骨，順橋向布置。次龍骨為10 cm×10 cm木方，間距30 cm（腹板下加密為15 cm），橫橋向布置。次龍骨上為厚1.8 cm膠合板作為底模模板。

2.1.2 鋼管支撐架

施工承臺時，在承臺表面預埋6 塊鋼板，每側3 塊，鋼板尺寸為150 cm×150 cm×1.6 cm，鋼板間的中心距離為5.45 m，鋼板到墩柱中心線距離為輔道橋4.5 m。預埋鋼板底部做加強處理，并嚴格控制鋼板下方混凝土的澆筑質量。

鋼管立柱采用φ100 mm×10 mm螺旋焊接管，鋼管底部與預埋鋼板焊接并加強，鋼管之間的中心距離同預埋鋼板之間距離，鋼管之間采用20a#槽鋼焊接連接，鋼管與墩柱之間采用雙拼20a#槽鋼焊接連接，鋼管頂部設置預埋鋼筋，鋼筋預埋入鋼管柱內長度為1.2 m并與鋼管有效焊接，伸入箱梁腹板內1.2 m。鋼管內澆筑C50混凝土，澆筑至梁底，并留10 cm厚度澆筑一層砂漿。

鋼管柱上部設置鋼牛腿，牛腿采用4 根長為2.2 m的40b#槽鋼拼接而成，槽鋼穿過鋼管兩端各留出50 cm，牛腿下設置4 塊三角鋼板作為加強。

牛腿兩側設置長12～16 m的雙拼45b#工字鋼作為支架的主橫梁（圖3）。

圖3 鋼管支架牛腿安裝

分配梁采用長4.5 m的32a#工字鋼，分配梁一端搭在墩柱頂部，接觸長度20 cm，另一端搭在牛腿上的2 道工字鋼橫梁上，前端懸臂100 cm左右。

32a#工字鋼分配梁上布置三角托架，三角托架使用的材料為12#槽鋼，相鄰三角托架間距為50 cm，各榀托架之間用100 mm×100 mm×10 mm角鋼連接，在腹板位置利用100 mm×100 mm×10 mm角鋼做斜支撐，形成剪刀撐狀支撐系統。托架上鋪設10 cm×10 cm木方，木方在底板下間距20 cm，在腹板下加密為10 cm（滿鋪），木方上鋪設厚1.8 cm膠合板作為底模。

2.1.3 支架預壓

通過Midas結構計算軟件計算，2 種支撐體系都滿足施工要求。然后進行加載預壓。目的是：

1）驗證支架或托架的強度、剛度、穩定性是否滿足施工需要；

2）消除非彈性變形，實測彈性變形，為0#段提供立模標高。預壓材料采用預制混凝土塊、沙袋。預壓區域比較集中，采用塔吊調運，汽車吊配合。

預壓結果表明，0#塊托架結構受力及穩定性能夠滿足施工要求，100%荷載作用下，最大彈性變形值δ=5 mm。

支架預壓完畢后，根據預壓數據結果對底模標高進行調整，隨即進行后續施工。

2.2 0#塊模板、鋼筋施工

2.2.1 0#塊模板施工

0#塊模板由底板、外模、內模、端模等組成。底模使用厚18 mm膠合板；外模采用定型組合鋼模板；內模采用定型組合鋼模；端模架用鋼板及角鋼制作成鋼結構骨架。0#塊腹板外側模采用定型組合鋼模板。

在0#塊托架系統安裝完畢并預壓后安裝0#塊外側模，外側模采用定型鋼模拼裝而成；采用QTZ100（TCT6012）型號塔吊和250 kN汽車吊配合吊裝。內側模板采用雙拼10a#槽鋼為主龍骨、10 cm×10 cm木方為次龍骨背楞進行加固；0#塊內箱頂板模板采用鋼模，模板加固采用鋼管支架；0#塊中隔板采用木模板，其加固方案采用與0#塊腹板側模相同的方式。

2.2.2 0#塊鋼筋施工

鋼筋施工主要注意避免與預應力管道的沖突。頂板、腹板內有大量的預埋波紋管，為了不使波紋管損壞，一切焊接工序在波紋管埋置前進行，管道安裝后盡量不焊接。如發現波紋管被破壞，要及時用膠帶纏繞修補。

0#塊鋼筋比較多且較復雜，在進行鋼筋綁扎的時候要注意鋼筋綁扎的順序，以免發生鋼筋放不進去的情況，提高效率；在綁扎鋼筋時，注意預應力管道的位置，在此位置的鋼筋可以適當的調整，提前把預應力管道留出來，避免安裝預應力管道的時候與鋼筋沖突。

2.3 0#塊混凝土施工

0#段施工長度12.00 m，混凝土強度等級C55、最大體積886 m3。

0#段內結構比較復雜，梁體高，混凝土方量大，鋼筋多且安裝復雜。墩頂部分的梁段有橫向的隔板，整個0#塊的施工周期長，工序復雜，其施工的成功與否將直接影響后期節段的施工，為保證梁體外觀，采用一次成型工藝。

在混凝土澆筑之前，先檢查整個托架系統的穩定性，再檢查模板的穩定性，檢查對拉桿螺帽是否擰緊，檢查預埋件是否埋設及埋設位置是否正確，檢查所有的模板縫有沒有處理，檢查鋼筋網中有沒有鋼筋頭、煙頭等雜物[1-4]；在準備澆筑混凝土時，先將整個模板用水沖洗潤濕，在底板變坡點左右對稱設置2 個孔，用來沖洗雜物，開孔設置為10 cm×10 cm即可。沖洗完畢后澆筑混凝土前用鋼板封堵，防止漏漿。

1）澆筑原則：順橋向以橫隔墻中心線為中心，前后對稱澆筑，混凝土體積差不超過4 m3；底板澆筑完成后，橫橋向左右腹板對稱澆筑，混凝土體積方量差不超過3 m3。

2）澆筑混凝土順序：中隔墻底板→前、后底板→中隔墻腹板→腹板→頂板→翼緣板。

3）澆筑方法：澆筑底板時，提前在內頂板開2 個孔，泵管由此進入箱梁內進行澆筑，澆筑頂板前將孔道封堵即可；澆筑腹板時根據鋼筋情況由中橫梁和腹板交界處下串筒進去，混凝土由串筒下去，中橫梁和頂板直接在梁面上進行澆筑。

混凝土振搗時嚴禁振動棒觸碰波紋管、鋼筋、模板，并安排專人檢查模板支撐的穩定性和接縫處的密合情況，避免螺栓松動造成跑模和變形，有漏漿處及時封堵。

為防止混凝土澆筑過程中預應力管道漏漿將管道堵塞，在波紋管內套內徑70 mm、90 mm的塑料襯管，待混凝土澆筑完成后，拔出襯管，確保管道暢通。

梁體混凝土澆筑完畢后，進行收面處理，保證防水層基面平整及橋面流水坡度。澆筑完成后及時養護。

3 掛籃施工

本工程4 聯連續梁，其中3 聯主跨為150 m，另一聯南輔道最大跨徑達160 m，為河南省第一大跨徑連續梁橋；施工難點分析如下：

橋梁最大跨度為160 m，梁的截面高度最大為11 m、腹板最大厚度為1.1 m、底板最大厚度為1.2 m。為掛籃桁架及模板加固系統帶來難度。

本工程分為并列4 幅橋，橋梁間距小，高架橋與輔道橋間距1 m，2 座高架橋間距僅為2 cm。給掛籃行走帶來難度；同時本工程與南水北調渠體交叉施工，施工場地狹小，橋梁主墩靠近渠體側沒有工作空間。

節段數量多，最多達21 個節段，掛籃行走危險性大；施工周期長，導致在施工期內，混凝土T構易發生徐變下撓。對橋形線型控制要求高，難度大。

合龍段施工難度大。本工程共計12 個合龍段。由于橋梁跨度大，對于大跨度箱梁平衡受力非常重要，合龍段施工難度大。

通過技術方案比選，本工程采用菱形掛籃。通過計算結果得知：掛籃最大變形值為39 mm，位置在前下橫梁；Q235鋼最大應力值為195 MPa，位置在前上橫梁；PSB930精軋螺紋鋼最大應力值為502 MPa，位置在后錨中間拉桿。以上結果均符合規范要求。

經過計算，掛籃預壓過程中受力狀態也符合規范要求。

3.1 掛籃拼裝及預壓

由于本工程和南水北調工程呈斜角交叉，在靠近南水北調干渠一側無法使用大型吊裝設備，故采用在地面拼裝菱形桁架、整榀桁架整體吊裝的方法，靠近干渠的一側掛籃菱形桁架在另一側先安裝就位，然后利用掛籃軌道滑行至靠近干渠一側（圖4）。

圖4 掛籃主桁架安裝示意

起重設備選用1 000 kN汽車吊，最大臂長50 m，最大半徑幅度42 m。當臂長46 m，半徑幅度為22 m時，最大起重質量為9.4 t。主線橋掛籃單片主桁架質量為7.4 t，小于最大起重質量，滿足要求。

0#塊兩側掛籃均安裝完畢后即進行掛籃預壓（圖5、圖6）。

圖5 掛籃預壓設計

圖6 掛籃預壓現場示意

預壓質量及預壓材料：預壓質量按照最大節段（1#段）質量的1.2 倍考慮。預壓材料采用混凝土預制塊，預制塊尺寸為1.15 m×1.03 m×0.9 m，預制塊素混凝土密度取2.4 t/m3，單個質量為2.56 t。通過計算得出單個節段預壓質量及分級加載質量見表2。

觀測點制作：采用長5 cm、φ20 mm鋼筋頭制作，鋼筋頭的一端磨圓，另一端焊接于底模上。分別在掛籃前進方向的端部底模上各布置3 個測點。

3.2 掛籃行走

掛籃行走采用液壓千斤頂推動掛籃整體行走，如圖7所示。

掛籃行走采用倒鏈配合液壓千斤頂行走，1 根32#精軋螺紋鋼一頭穿過軌道座板，另一頭穿過前支座的預留孔，利用YC80A（800 kN）型液壓千斤頂錨固并配合ZB4-500型高壓電動油泵進行掛籃行走。倒鏈一頭掛在梁端頭的軌道上，一頭固定在掛籃前支座處。

表2 掛籃預壓階段劃分表

圖7 掛籃行走設計

掛籃行走最重要的就是要保證行走安全。反扣輪的質量是行走的關鍵。為了保證行走安全及順利，在掛籃反扣輪左右兩側增加卡槽，防止反扣輪脫離軌道，增加了行走的安全性[5-7]。

3.3 節段預應力施工

預應力波紋管管道要用定位鋼筋固定，定位鋼筋牢固焊接在鋼筋骨架上。定位筋間距平直段0.8 m一道，彎曲段0.45 m一道，并保證管道位置準確。錨具墊板及喇叭口尺寸正確，不得漏漿，并杜絕堵塞孔道。

所有波紋管使用前先檢查其密封性和是否破損。對密封性達不到要求的不使用。安裝波紋管前，對端頭的毛刺、卷邊、折角認真修整，確保圓順。

波紋管接頭長度取70 cm，兩端平分。澆筑混凝土前對波紋管進行全面檢查，及時發現和解決問題；澆筑混凝土中，避免振動棒對波紋管的振動。

所有縱向預應力管道必須設置塑料內襯管后才能澆筑混凝土。在混凝土初凝前將內襯管來回抽動，在混凝土終凝后抽出。由于本工程預應力束長，單次張拉無法完成預應力施工，必須經過多次循環張拉工藝。即在張拉過程中，預應力鋼絞線理論伸長值長，一次張拉預應力鋼絞線伸出量不能滿足要求，需經過多次張拉才能滿足要求。當混凝土強度、彈性模量、齡期達到要求后即對預應力鋼束進行張拉作業。對于大跨度長束預應力鋼束的張拉，由于千斤頂的油缸行程有限，需采取分段張拉的方式，經過千斤頂多次倒頂進行預應力張拉，最終計算出實際伸長值與理論伸長值的差值，滿足設計和規范要求。

預應力管道壓漿應采用真空輔助壓漿工藝。待預應力張拉結束后，及時采用真空輔助壓漿工藝對張拉后的預應力管道進行壓漿封錨。真空泵放置在出漿口，用管道連接真空泵和出漿口，在進漿口位置放置壓漿泵，用管道將壓漿泵和進漿口連接。開動真空泵，將預應力管道內部的空氣抽出，待真空泵壓力表指示穩定后，開動壓漿泵進行壓漿。待漿液流出到出漿口和真空泵之間時，停止真空泵工作，將出漿口封堵，再補壓3～5 下，使漿液充盈，封堵進漿口，完成壓漿。

4 直線段施工

4.1 地基處理

邊跨直線段地基采用換填土夯實處理，從上往下分別采用厚10 cm的C20混凝土，厚200 cm三合土夯實，剩余部分采用三合土填充。

4.2 支架搭設

施工過程中腳手架采用φ48 mm×3.0 mm碗扣架手架，立桿根據墩柱高度采用不同長度規格的立桿，橫桿采用長30 cm、60 cm、90 cm、120 cm的橫桿，頂托采用可調頂托，底托采用可調底托，剪刀撐采用φ48 mm×3.0 mm的普通鋼管。

碗扣架搭設在厚10 cm的混凝土墊層上，底部均設置可調底托，用于調平碗扣架底部，使每根架管均與地面有效接觸。碗扣架立桿在橫橋向的布置間距為：立桿在腹板位置下間距30 cm，底板位置下間距90 cm，翼緣板位置下間距120 cm；在順橋向的布置間距為90 cm；碗扣架立桿的步距在梁腹板下為60 cm，其余部分為120 cm；碗扣架在橫橋向和順橋向均設置剪刀撐，剪刀撐按3 m一道設置。水平方向每6 m設置一道剪刀撐。

4.3 支架預壓

支架預壓采用從中間向兩端預壓的方式，每邊加載步驟為0→50%→80%→100%→120%。預壓塊分配見表3。

表3 預壓塊分配

4.4 直線段鋼筋、模板、混凝土施工

直線段鋼筋、模板、混凝土工程同0#塊碗扣式滿堂架施工。

5 合龍段施工

由于本工程橋梁跨度大，合龍段施工時，T構兩端受力不均是影響合龍段施工的關鍵。為了解決這一難題，獨創新型合龍方式：邊跨合龍時采用一半支架一半掛籃合龍技術，中跨合龍采用雙掛籃對稱合龍技術。即在邊跨合龍時，T構兩邊掛籃不動，利用邊跨掛籃懸挑部分和直線段懸挑部分共同組成邊跨合龍段支撐系統（圖8）；在中跨合龍時，T構兩端掛籃不動，利用中跨2 套掛籃的懸挑部分共同組成合龍段支撐系統（圖9）。這樣就避免了掛籃移動導致T構受力不均的狀態，為大跨度箱梁合龍作了安全保證。同時，由于掛籃不動，節省了工期、材料，進而節約了資金。

圖8 新型邊跨合龍方式

圖9 新型中跨合龍方式

邊跨合龍施工流程：預埋件施工→支撐系統就位→合龍段底側模板系統→配重→勁性骨架焊接→內模系統→混凝土澆筑→預應力施工→邊跨合龍完成。

中跨合龍施工流程：臨時固結拆除→底側模系統→配重及勁性骨架焊接→鋼筋系統及內模系統→混凝土澆筑→預應力施工→中跨合龍完成。

6 實施效果

鄭州市隴海路高架快速通道跨南水北調特大橋工程4 幅橋為大跨度預應力連續梁橋，通過采用掛籃單側安裝滑移技術能有效解決因場地狹小導致的掛籃安裝難問題；采用箱型卡槽式反扣輪大大增加掛籃行走的安全性；真空輔助壓漿工藝能有效提高預應力孔道壓漿的充盈度；采用新型合龍技術，不僅節約材料，而且節約時間，有效地提高了合龍時間，從拆模效果來看，澆筑后混凝土外觀非常好。采用大跨度預應力連續梁綜合施工技術，有效地解決了施工難題，受到了監理單位、業主及省質檢站的好評，取得了良好的社會效益和經濟效益。為今后同類型橋梁施工提供了可供借鑒的經驗。